[发明专利]一种基于相变材料的恒温基因扩增装置

说明书

本发明公开了一种基于相变材料的恒温基因扩增装置，涉及生物医学检测领域，包括加热模块、相变材料控温模块和恒温扩增模块，其中，加热模块包括化学加热装置，相变材料控温模块包括在融化过程中吸热但温度保持不变的相变材料，恒温扩增模块与基因扩增单元相连；加热模块连接相变材料控温模块，恒温扩增模块连接相变材料控温模块。本发明通过放热的化学反应对相变材料进行加热，并通过相变材料的物理融化过程保持在一定温度的特性，进行恒温基因扩增反应，特别是在微流控芯片上的恒温基因扩增反应，不需要热传感器对温度进行测量并且进行精准的控制，也不需要外接电源或大容量电池，降低了成本并扩大了应用范围。

技术领域

本发明涉及生物医学检测领域，尤其涉及一种基于相变材料的恒温基因扩增装置。

背景技术

基因扩增可以对样品中的目标基因序列进行扩增和检测，其可以被应用于生物学研究、分子医学检测、犯罪现场分析以及农畜牧业检测等诸多方面。相较于传统的检测方法，基因扩增检测通常具有更高的灵敏度和特异性。基因扩增最具代表性的是聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction,PCR)，美国科学家Kary Banks Mullis在1985年发明了聚合酶链式反应，即简易DNA扩增法。PCR通常由三步反应：1)利用双链DNA在95℃高温时变性成为单链；2)低温时(50-65℃)，引物(primer)会与单链DNA按碱基互补配对原则结合；3)温度升高至聚合酶反应温度(通常为72℃)，聚合酶沿5’至3’的方向合成与单链DNA的互补链。一个循环完成后，目标基因序列的数量理论上会增加2倍，还可以从第一步开始下一个热循环，完成对目标基因的指数型扩增。扩增的特异性通常依赖于引物的设计和引物-单链DNA结合温度的设计。有些改进的PCR方法可以将第二步和第三步结合，从而省略了扩增温度控制步骤。PCR方法要求在至少两个温度区间循环变化，并且对温度控制要求较为严格，这就要求PCR仪器的设备提供精确的温度控制，这使得PCR仪器设计较为复杂，并且检测一般需要在实验室完成。

恒温基因扩增是近年来发展的一种新型的基因扩增技术，其特点是基因扩增反应可以在一个恒定的温度完成，不再需要PCR反复的热循环步骤。现在已经涌现了很多恒温扩增的方法，原理也不尽相同，其中最具有代表性的有NASBA(Nucleic Acid Sequence-BasedAmplification),LAMP(Loop-mediated isothermal amplification)以及RPA(Recombinase Polymerase Amplification)。由于每个反应原理使用的反应体系略有差异，所以恒温扩增的温度也会有所不同。NASBA通常在41℃左右，LAMP通常在63-65℃，RPA最优的反应温度在37-39℃左右。

虽然恒温基因扩增不再需要在两个或者三个温度之间进行热循环，但仍然需要对反应温度进行控制。通常的方法是采用具有热传感器的电加热的方法。这套控温系统虽然较PCR仪器相对简单，但其通常还是需要接入电源或者使用大容量的电池，这很大程度上限制了恒温基因检测在实验室之外，例如野外或偏远地区的实际应用。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种基于相变材料的恒温基因扩增装置，通过放热反应加热相变材料，并通过相变材料的物理融化过程保持在一定温度的特性，进行恒温基因扩增反应，无需热传感器、电源及大容量电池。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于相变材料的恒温基因扩增装置，用于恒温基因扩增反应时无需热传感器、电源及大容量电池。

为实现上述目的，本发明提供一种基于相变材料的恒温基因扩增装置，包括加热模块、相变材料控温模块和恒温扩增模块，其中，所述加热模块包括化学加热装置和/或电加热装置，所述相变材料控温模块包括在融化过程中吸热但温度保持不变的相变材料，所述恒温扩增模块与基因扩增单元相连；所述加热模块连接所述相变材料控温模块，所述恒温扩增模块连接所述相变材料控温模块。

进一步地，所述化学加热装置设置为使用生石灰和水的化学放热反应加热。